高等植物的某些器官在內外因素的作用下能發(fā)生有限的位置變化,這種器官的位置變化稱為植物運動(plant movement)。分為向性運動(tropic movement)和感性運動(nastic movement)。
中文名稱 | 植物運動 | 外文名稱 | Plant Movement |
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分類 | 向性運動、感性運動 | 解釋 | 植物的器官發(fā)生有限的位置變化 |
有一些植物的運動與外界刺激無關,即使在外界條件沒有變化的情況下也同樣發(fā)生,稱為自發(fā)運動。豆科植物的羽狀復葉上的小葉片晝開夜合,稱為就眠運動。
受外界刺激而發(fā)生的運動,可因其運動的方向與外界刺激的關系分為3類:①趨性運動。即向刺激來源方向移動。高等植物中只限于能自由移動的生物體(如銀杏和蘇鐵)的雄配子。②向性運動。莖尖或根尖朝向(正)或背向(負)刺激來源的方向生長而發(fā)生的運動。它是因莖或根的兩側生長速度不同而造成的,是生長運動。引起向性運動的刺激可以是光、重力或接觸,相應的向性分別稱為向光性、向重性(也稱向地性)或向觸性。向水性與向化性,可能只是在水分與養(yǎng)料含量較高處根系分枝與生長較為旺盛,造成根系有方向性的不均勻分布,并不是真正的向性。③感性運動。由外界刺激引起而方向與刺激的方向無關的運動。如睡蓮花朵晝開夜合;合歡的復葉晚間閉攏、白天張開;以及葉片上氣孔白天張開、晚間關閉等都是。
植物響應外界刺激而進行的運動,從接受刺激到進行運動,可以分為3個步驟:刺激的感受(由感受器或傳感器承擔);感受器所接受的刺激向引起運動器官動作的信號的轉換;生效器或效應器即運動器官的動作。
①刺激的感受。向性、趨性、感性運動在其運動方向與刺激來源的方向之間的關系方面大不相同,但對刺激的感受則有很多共同之處。對光刺激的感受,可能是黃素蛋白或與蛋白質結合的胡蘿卜素。至于向光性運動中對光源方向的辨別,在多數情況下就是向光側和背光側受光強度的差異。向地性的感受器稱為平衡石,某些植物的平衡石似乎是一種不同于貯藏淀粉粒的特殊淀粉?;蛄蛩徜^顆粒。
②刺激的轉換、傳遞和協(xié)調。有一些運動,如含羞草的感觸性運動,感受物理刺激的部位(如小葉)與動作的部位(葉枕)之間相隔一段小葉柄或葉柄,刺激以動作電波的方式沿著維管束傳遞。莖的向光性彎曲運動,因為受光一側的IAA向背光一側轉移,從而造成兩側間IAA濃度的差異,引起向光和背光兩側生長速度不同。不同的刺激可以引起同樣的運動:例如黑暗、水分虧缺和二氧化碳濃度升高都可以引起氣孔關閉;正向光性和負向地性都可以使莖向上生長。同樣的刺激在不同的植物或器官中也可以引起不同的運動:如光和重力對莖和對根引起的運動方向相反。
③運動動作的執(zhí)行。細胞以內細胞器和原生質的運動,是由細胞質中的基胞質來推動的,而細胞以上水平的運動,則多數由膨壓和/或細胞壁延伸速度的變化或差異引起。可逆性運動, 如含羞草葉柄的上舉和下垂,以及氣孔的開閉,分別通過葉枕和保衛(wèi)細胞膨壓的升降而發(fā)生,因而都是膨壓運動。向性運動則主要由于細胞壁延長速度的差異造成,因而是一種生長運動。
植物運動簡介
(plant movement)
與多數動物不同,植物不能主動地整體移動。但植物體的各個部分也進行各種運動。只不過細胞內細胞器的移動和原生質流動非肉眼所能見,各種生長運動通常極為緩慢,不易為人察覺。
陸生植物通過向性生長能夠把莖葉和根引導向能源(太陽光)和營養(yǎng)物質(水和無機養(yǎng)料)較充足的方向,在獲得能源與營養(yǎng)和與其他植物競爭方面,起關鍵性的作用??諝飧稍?、葉片失水劇烈時葉片卷曲或下垂有利于減少受光面積和(或)蒸騰面積;氣孔收縮或關閉能增加蒸騰阻力,對減少水分損失、維持水分平衡有利。
攀緣植物靠攀緣運動依附于高大的樹木,以爭奪陽光,節(jié)省了支持組織的物質消耗。
食蟲植物是植物界中的特殊成員,它們可捕捉能移動甚至能飛翔的昆蟲,并且以異養(yǎng)的動物為食物,補充自己自養(yǎng)營養(yǎng)的不足。
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提出了一種交互式的植物葉片運動(特別是卷曲和萎蔫)模擬方法。該方法用一個三維骨架結構表示葉片的邊緣輪廓,并通過細分的方法生成葉片的網格曲面。在此基礎上,構建了一個由層次化彈簧構成的雙層質點-彈簧系統(tǒng),該彈簧系統(tǒng)被用來控制葉片的運動,葉片的卷曲通過收縮上層彈簧來實現(xiàn),而葉片的萎蔫或展開則通過釋放彈簧來驅動。通過提供的交互式界面,用戶能夠交互地控制該彈簧系統(tǒng)的運動,從而生成各種葉片的運動動畫。這種方法已被用來交互地模擬番茄葉片的卷曲過程和黃瓜葉片的萎蔫過程,模擬結果較好地重現(xiàn)了與真實情況相似的葉片運動過程。
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提出了一種交互式的植物葉片運動(特別是卷曲和萎蔫)模擬方法。該方法用一個三維骨架結構表示葉片的邊緣輪廓,并通過細分的方法生成葉片的網格曲面。在此基礎上,構建了一個由層次化彈簧構成的雙層質點-彈簧系統(tǒng),該彈簧系統(tǒng)被用來控制葉片的運動,葉片的卷曲通過收縮上層彈簧來實現(xiàn),而葉片的萎蔫或展開則通過釋放彈簧來驅動。通過提供的交互式界面,用戶能夠交互地控制該彈簧系統(tǒng)的運動,從而生成各種葉片的運動動畫。這種方法已被用來交互地模擬番茄葉片的卷曲過程和黃瓜葉片的萎蔫過程,模擬結果較好地重現(xiàn)了與真實情況相似的葉片運動過程。
植物的莖總是向上生長,以便得到陽光來進行光合作用,莖的這種運動稱為“負向地性運動”,意即與向地性運動方向相反的運動;而根又總是向下生長,以便得到水和肥料,這叫做“正向地性運動”。
植物的根還常常表現(xiàn)出向水性,尤其是當土壤干燥,水分分布不均時,根總是朝有水潮濕的地方生長,在潮濕的區(qū)域里,根的分布也較茂密。
植物某部分碰到外界物體時能發(fā)生向性反應的,則具有“向觸性”。如葡萄、豌豆、西番蓮的卷須,一碰到竹竿、繩索或籬笆等物時,能很快彎曲纏繞上去。
植物的向性運動
植物的向光、向地、向水、向觸性等運動,統(tǒng)稱為“向性運動”,一般與生長素的作用有關。如向日葵在陽光作用下,背光面的生長素多,生長較快;生長素少的向陽面生長較慢,于是產生了向陽彎曲。
向日葵
葵花向陽其實就是植物運動的一個常見現(xiàn)象。清晨,向日葵面向東方,迎接旭日東升;傍晚,它又面向西方,目送夕陽西下。棉花的葉片也有類似葵花向陽的向光性運動。
含羞草
別名“感應草”的含羞草是一種著名的趣味植物。它不但會動,行動還格外靈敏迅捷。一經輕輕觸動,羽狀小葉就隨即閉合。若力量稍大,整個羽片都會低垂,宛如一個低頭無語的嬌羞少女。原來,含羞草的莖葉構造十分獨特,葉柄和小葉基部有一個膨大的葉枕,內含許多薄壁細胞,未受刺激時,每個細胞都有充足水分,從而膨脹,使葉枕挺立,葉片舒展;而葉子一經碰觸,刺激信息就立刻傳導到葉枕,薄壁細胞內的細胞液馬上滲進細胞間隙,導致膨壓下降而使葉片迅速萎軟下垂。含羞草的這種特異反應是一種感性運動,是它自我保護本領的體現(xiàn)。在它老家—南美地區(qū),常遇到疾風暴雨,迅疾合攏葉片,垂下葉柄,正是含羞草在風雨侵襲時的保護反應。
喚舞草
我國西南部、福建與臺灣等地,出產一種豆科的小灌木,名喚舞草,是植物界中名副其實的“舞蹈明星”。其三出羽狀復葉能明顯轉動,仿佛在“翩翩起舞”。舞草中間的大葉片只能搖擺,側生2片小葉的動作卻美妙多姿,時而作360°C旋轉運動,時而上下擺動,時而兩片小葉同時向上合攏,然后慢慢分開平展,時而一片向下,一片朝下。當同一植株的小葉同時起舞時,則此起彼伏、節(jié)奏分明、格外逗人。舞草的運動是光與溫度的刺激造成細胞間斷性收縮和舒張引起的。這有利于它防止陽光強烈照射,減少水分蒸騰和害蟲侵害。
卷柏
卷柏是一種耐旱力極強的植物,能在其他植物難以生存的荒山野嶺及光禿的巖石上生長。遇干旱失水時,卷柏扁平的小枝便向內卷作一團,漸漸褪去綠色,呈干枯假死狀態(tài),可是只要它體內還有5%的水分,就能維持不死,一旦得水濕潤,枝葉即展開,由黃轉綠,又顯出勃勃生機,仿佛死而復生一般,因而又得名“長生草”、“九死還魂草”。
植物界中還有些本領高強的“旅行家”。如南美洲有一種草,當其生長的地方發(fā)生干旱時,就從土中抽出根卷成小球,隨風飄蕩,到水分充足處重新扎根生長。沙漠中某些仙人掌也會行走,其根部由許多軟刺組成,具有隨水移動的本領,能隨風一點點從沙漠干燥處移向有水分和養(yǎng)料的地方深深扎下去,當水分和養(yǎng)料枯竭時,根上的刺又會重新尋找新的沃土。
捕蠅草
被達爾文譽為“世界上最奇妙的一種植物”的捕蠅草,是食蟲植物家族中人們最熟悉,也是科學家研究最多的一種植物。它的奇妙之處尤其在于它能夠主動地捕食獵物—昆蟲。捕蠅草是一種多年生宿根草本。葉形奇特,近葉端處為肉質,以中肋為界,分為左右兩半。每一半葉片邊緣均生有10-25根剛毛,內側近中肋處,又有3根或3根以上的感覺剛毛(又叫激發(fā)剛毛),邊緣還生有蜜腺,能分泌蜜汁以引誘昆蟲。這狀如貝殼,可隨意開合的兩半葉片,就是它的誘捕器。平時張開,葉片向外彎曲。而當昆蟲受其分泌蜜汁的誘惑爬上葉片時,若激發(fā)剛毛被觸動兩次或兩次以上,或在數秒內至少有兩根激發(fā)剛毛被觸動,誘捕器就會在20-40秒內閉合,葉片向里彎曲,葉緣上的剛毛交錯地扣合起來,迅速將獵物囚禁其間。昆蟲愈掙扎,誘捕器就閉合得更緊,同時激發(fā)剛毛受到刺激后,葉片上的許多紫紅色小腺體就分泌出一種酸性很強的消化液,將蟲體消化掉。
其他植物
此外,象花生、大豆、酢漿草、紅花苜蓿等植物,都會在早晨出太陽時舒展葉片,隨夜幕降臨而閉合葉片“入睡”。這種葉片晝開夜合的運動稱作植物的“睡眠運動”或“感夜運動”。原來這也是葉柄基部的組織細胞膨壓發(fā)生變化的結果。白天,進行光合作用的葉片,其基部的大型細胞得水膨脹,使葉片張開;太陽落山后,葉片內水分減少,葉基的大型細胞失水收縮變軟,葉片便隨之下垂或合攏。睡蓮、蒲公英,在夕陽西下之際則會關閉花瓣“入睡”,待到朝陽升起時,再從酣夢中蘇醒,緩緩將花瓣展開。郁金香處于20-25°C 的環(huán)境中,花冠會徐徐展開,低于10°C 時則關閉。這是郁金香的感溫運動。這類運動與陽光、溫度、濕度有一定關系?;ò旰腿~在夜間閉合,可減少熱量的散失和水分的蒸發(fā),有利于保溫保濕。
無論含羞草的感震運動、郁金香的感溫運動或大豆的感夜運動,都是植物受外界環(huán)境因素刺激后引起的“感性運動”,對植物有自我保護的重要意義。
各類植物運動,說明植物亦有明顯的自我防衛(wèi)、自我保護意識,也是植物對各種不同刺激的反應,以及它們在長期生物進化的過程中逐步適應生活環(huán)境的結果。